【用户成果】3D打印水凝胶的可穿戴式显示器柔性电致变色装置
文摘
2024-09-04 10:00
上海
柔性电致变色器件(FECDS)在可穿戴电子设备、智能窗户、柔性显示器和节能等多个领域具有广阔的应用前景，因此受到越来越多的关注。然而，传统的柔性电致变色器件通常设计为五层结构，包括基底层、电极层、电致变色层、电解质层和封装层。其集成制造过程通常涉及复杂的程序，如在无尘室中进行多步骤处理，包括对齐、掩膜、蚀刻和后装配。这一过程不可避免地会带来设备成本高、工艺流程复杂、生产能力不足等生产难题。3D打印技术具有可编程、高效率和低成本等优点，已成为研究热点。它在生物医学、化学、航空航天和汽车工业等多个领域都具有重要的潜在应用前景。然而，要通过3D打印实现集成的 FECDS，仍需解决几个难题，包括选择电致变色油墨的困难和3D打印多层柔性电致变色器件的复杂过程。多层柔性电致发光器件的打印需要协调具有不同粘弹性的多种材料油墨，以实现不同器件层的打印、形状保真度控制和无缝接口集成。在开发在众多电致变色材料中，水凝胶因其柔软、高度可弯曲、可拉伸和自愈合的特性，FECD方面表现出了巨大的优势。聚乙烯醇(PVA)因其高度亲水的本质、有据可查的结晶结构工程策略以及与其他功能材料的良好复合能力，被广泛认为是制备各种功能水凝胶的理想基质。通过合理调整氯化锂(LiCI)在PVA水凝胶中的比例，可以提高其离子导电性、耐低温性、柔软性和可伸缩性，从而可用作电池和可穿戴显示设备领域的电解质。柔性电致变色器件(FECD)被广泛应用于可穿戴电子设备、伪装和智能窗户等多种领域。然而，图案化 FECD 的制造工艺仍然复杂、昂贵且不可定制。为了应对这一挑战，江西科技师范大学卢宝阳、杨汉珺、徐景坤教授等人提出了一种通过多材料直接写入 3D 打印制备集成 FECD 的策略。通过设计新型紫胶/聚乙烯醇(PVA)水凝胶墨水并系统评估各种墨水的可打印性，可实现无缝接口集成，从而简化具有连续生产能力的图案化 FECD 的制造过程。最终制成的3D打印FECD 具有出色的电致变色和机械性能，包括高光学对比度(360 nm波长下高达54%)、良好的循环稳定性(10000 秒后电活性隆低小干5%)和机械稳定性(5000 次弯曲后最佳对比度隆低小干19%)。这些基于3D打印水凝胶的 FECDS 在可穿戴电子设备、伪装和智能窗户方面的潜在应用得到了进一步证实。相关研究以“3D-Printed Hydrogel-Based Flexible Electrochromic Device for Wearable Displays”为题发表在Advanced Science期刊上。Figure 1. Integrated 3D printing of hydrogels-based FECDsFigure 2. 3D printability evaluation of multimaterial electrochromic inks.Figure 3. 3D Printing of integrated hydrogels-based FECDs and electrochromic properties.Figure 4. Electrochromic and mechanical properties of integrated 3D-printed hydrogels-based FECDs.Figure 5. Integrated 3D-printed hydrogels-based FECDs for wearable displays and camouflage applications.在本研究中，作者展示了一种通过连续多材料打印FECD 的 3D 打印工艺。评估了电致变色层、电解质层和封装层油墨的3D打印性能，并选择了合理的打印参数。同时，电致变色阵列图案设计实现了多层柔性电致变色器件的制造。研究结果表明，基于3D打印技术的柔性电致发光器件具有优异的电致变色性能和坚固的机械特性，包括高光学对比度、出色的循环稳定性，以及在 5000 次弯曲循环后光学对比度下降小于 19%。此外，本研究还展示了这种带有图案阵列的电致变色器件在可穿戴电子设备、伪装和智能窗户中的稳定应用。总之，所提出的集成 3D 打印技术为简化和定制高性能柔性电致变色器件的制造提供了一个前景广阔的平台，可用于可穿戴设备、伪装和智能窗户等各种应用。3D-Printed Hydrogel-Based Flexible Electrochromic Device for Wearable Displayshttps://doi.org/10.1002/advs.202404679*本文来源：作者团队，感谢作者团队对本公众号的大力支持！如有侵权，请联系删除，如有冒犯之处敬请见谅!
